Modellazione della magnetosfera terrestre in laboratorio

Immagine del plasma guidato dal laser che si espande nel campo magnetico del dipolo. Le misurazioni del campo magnetico che mostrano la posizione della magnetopausa sono sovrapposte. Crediti: Derek Schaeffer

Una magnetosfera si forma attorno a qualsiasi oggetto magnetizzato, come un pianeta, che è immerso in un flusso di gas ionizzato, chiamato plasma. Poiché la Terra possiede un campo magnetico intrinseco, il pianeta è circondato da una grande magnetosfera che si estende nello spazio, blocca i raggi cosmici letali e le particelle provenienti dal sole e dalle stelle e consente alla vita stessa di esistere.

Di Fisica dei plasmiscienziati di Princeton, UCLA, e dell’Instituto Superior Técnico, Portogallo, riportano un metodo per studiare magnetosfere più piccole, a volte spesse solo millimetri, in laboratorio.

Queste mini-magnetosfere sono state osservate intorno alle comete e vicino ad alcune regioni della luna e sono state suggerite per azionare veicoli spaziali. Sono buoni banchi di prova per lo studio di magnetosfere di dimensioni planetarie più grandi.

Precedenti esperimenti di laboratorio sono stati effettuati utilizzando gallerie del vento al plasma o laser ad alta energia per creare mini-magnetosfere. Tuttavia, questi esperimenti precedenti erano limitati a misurazioni 1D di campi magnetici che non catturano l’intero comportamento 3D che gli scienziati devono comprendere.

“Per superare queste limitazioni, abbiamo sviluppato una nuova piattaforma sperimentale per studiare le mini-magnetosfere sul Large Plasma Device (LAPD) presso l’UCLA”, ha affermato l’autore Derek Schaeffer.

Questa piattaforma combina il campo magnetico del LAPD con un plasma veloce guidato dal laser e un magnete a dipolo guidato dalla corrente.







Simulazione di un plasma guidato da un laser che si espande in un campo magnetico dipolo. Crediti: Filipe Cruz

Il campo magnetico LAPD fornisce un modello del campo magnetico interplanetario del sistema solare, mentre il plasma guidato dal laser modella il vento solare e il magnete dipolo fornisce un modello per il campo magnetico intrinseco della Terra. Le sonde motorizzate consentono scansioni del sistema in tre dimensioni combinando i dati di decine di migliaia di colpi laser.

Un vantaggio dell’utilizzo di questa configurazione è che il campo magnetico e altri parametri possono essere variati e controllati con attenzione.

Se il dipolo magnetico è spento, tutti i segni di una magnetosfera scompaiono. Quando il campo magnetico del dipolo è attivato, è possibile rilevare una magnetopausa, che è la prova chiave della formazione di una magnetosfera.

Una magnetopausa è il luogo nella magnetosfera in cui la pressione del campo magnetico planetario è esattamente bilanciata dal vento solare. Gli esperimenti hanno rivelato che all’aumentare del campo magnetico del dipolo, la magnetopausa diventa più grande e più forte.

L’effetto sulla magnetopausa è stato previsto da simulazioni al computer, che sono state effettuate dai ricercatori per comprendere e validare i loro risultati sperimentali in modo più completo. Queste simulazioni guideranno anche esperimenti futuri, compresi gli studi che utilizzano un catodo recentemente installato sul LAPD.

“Il nuovo catodo consentirà flussi di plasma più rapidi, che a loro volta ci consentiranno di studiare gli shock dell’arco osservati attorno a molti pianeti”, ha affermato Schaeffer.

Altri esperimenti studieranno la riconnessione magnetica, un processo importante nella magnetosfera terrestre in cui i campi magnetici si annichilano per rilasciare un’energia tremenda.


Increspature nello stagno della riconnessione del campo magnetico


Maggiori informazioni:
Magnetosfere a scala ionica azionate da laser in plasmi di laboratorio. I. Piattaforma sperimentale e primi risultati, Fisica dei plasmi (2022). aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0084353

Fornito dall’Istituto americano di fisica

Citazione: Modelling della magnetosfera terrestre in laboratorio (2022, 12 aprile) recuperato il 13 aprile 2022 da https://phys.org/news/2022-04-earth-magnetosphere-laboratory.html

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